Di Charlie Loyd, MapBox
Landsat 8 misura diverse gamme di frequenze lungo lo spettro elettromagnetico – un colore, anche se non necessariamente un colore visibile all’occhio umano. Ogni intervallo è chiamato banda e Landsat 8 ha 11 bande. Landsat numera i suoi sensori rossi, verdi e blu come 4, 3 e 2, quindi quando li combiniamo otteniamo un’immagine a colori come questa:
Landsat 8 vista della zona di Los Angeles, 13 maggio 2013. L’immagine viene ruotata in modo da nord è up. Tutti i dati di immagine per gentile concessione della U. S. Geological Survey.
un occhiata alla lista completa di Landsat 8 bande:
| Numero di Banda | µm | Risoluzione |
|---|---|---|
| 1 | 0.433–0.453 | 30 m |
| 2 | 0.450–0.515 | 30 m |
| 3 | 0.525–0.600 | 30 m |
| 4 | 0.630–0.680 | 30 m |
| 5 | 0.845–0.885 | 30 m |
| 6 | 1.560–1.660 | 30 m |
| 7 | 2.100–2.300 | 30 m |
| 8 | 0.500–0.680 | 15 m |
| 9 | 1.360–1.390 | 30 m |
| 10 | 10.6-11.2 | 100 m |
| 11 | 11.5-12.5 | 100 m |
Delle sue 11 bande, solo quelle nelle lunghezze d’onda più corte (bande 1-4 e 8) percepiscono la luce visibile – tutte le altre sono in parti dello spettro che non possiamo vedere. La vista true-color da Landsat è meno della metà di quello che vede. Per capire il valore di tutte le band, esaminiamole a turno:
Le Band
La band 1 percepisce deep blues e viole. La luce blu è difficile da raccogliere dallo spazio perché è sparsa facilmente da piccoli pezzi di polvere e acqua nell’aria e persino dalle molecole d’aria stesse. Questo è uno dei motivi per cui le cose molto distanti (come le montagne all’orizzonte) appaiono bluastre e perché il cielo è blu. Proprio come vediamo un sacco di blu nebuloso quando guardiamo lo spazio in una giornata di sole, Landsat 8 vede il cielo sotto di esso quando ci guarda attraverso la stessa aria. Quella parte dello spettro è difficile da raccogliere con sufficiente sensibilità per essere utile, e la banda 1 è l’unico strumento del suo genere che produce dati aperti a questa risoluzione – una delle tante cose che rendono questo satellite speciale. È anche chiamata banda costiera / aerosol, dopo i suoi due usi principali: imaging acque poco profonde, e il monitoraggio di particelle fini come polvere e fumo. Di per sé, la sua uscita assomiglia molto a Band 2 (normal blue), ma se li contrastiamo e evidenziamo le aree con un blu più profondo, possiamo vedere le differenze:
Banda 1 meno Banda 2. L’oceano e le piante viventi riflettono tonalità blu-viola più profonde. La maggior parte delle piante producono cera superficiale (ad esempio, il rivestimento gelido su prugne fresche) mentre crescono, per riflettere la luce ultravioletta nociva via.
Le bande 2, 3 e 4 sono visibili in blu, verde e rosso. Ma mentre li stiamo rivisitando, prendiamo una sezione di riferimento di Los Angeles, con una gamma di diversi usi del suolo, per confrontare con altre band:
Parte della zona occidentale di Los Angeles, dai terreni agricoli vicino a Oxnard a ovest di Hollywood e downtown a est. Come la maggior parte delle aree urbane, i colori della città media fuori al grigio chiaro a questa scala.
Banda 5 misura il vicino infrarosso, o NIR. Questa parte dello spettro è particolarmente importante per l’ecologia perché le piante sane lo riflettono-l’acqua nelle loro foglie disperde le lunghezze d’onda nel cielo. Confrontandolo con altre bande, otteniamo indici come NDVI, che ci permettono di misurare la salute delle piante in modo più preciso che se guardassimo solo il verde visibile.
Le caratteristiche luminose sono parchi e altra vegetazione fortemente irrigata. Il punto vicino alla parte inferiore di questa vista a ovest è Malibu, quindi è una scommessa sicura che il piccolo punto luminoso nelle colline vicino è un campo da golf. Sul bordo ovest c’è la cicatrice scura di un grande fuoco, che era solo una leggera decolorazione nell’immagine a colori.
Le bande 6 e 7 coprono diverse sezioni dell’infrarosso a onde corte, o SWIR. Sono particolarmente utili per distinguere la terra bagnata dalla terra asciutta e per la geologia: rocce e terreni che sembrano simili in altre bande hanno spesso forti contrasti nel SWIR. Facciamo un’immagine a colori falsi usando SWIR come rosso, NIR come verde e deep blue come blu (tecnicamente, un’immagine 7-5-1):
La cicatrice del fuoco è ormai impossibile da perdere-riflettendo fortemente in Banda 7 e quasi del tutto negli altri, rendendolo rosso. Anche i dettagli precedentemente sottili della vegetazione diventano chiari. Sembra che le piante nei canyon a nord di Malibu siano più rigogliose di quelle sulle creste, il che è tipico dei climi in cui l’acqua è il principale vincolo alla crescita. Vediamo anche modelli di vegetazione all’interno di Los Angeles – alcuni quartieri hanno più fogliame (parchi, alberi da marciapiede, prati) rispetto ad altri.
Banda 8 è il pancromatico – o semplicemente pan-band. Funziona proprio come la pellicola in bianco e nero: invece di raccogliere i colori visibili separatamente, li combina in un unico canale. Poiché questo sensore può vedere più luce contemporaneamente, è il più nitido di tutte le bande, con una risoluzione di 15 metri (50 piedi). Ingrandiamo Malibu in scala 1: 1 nella banda pan:
E in vero colore, allungato per coprire la stessa area:
La versione a colori sembra fuori fuoco perché quei sensori non possono vedere dettagli di queste dimensioni. Ma se combiniamo le informazioni sul colore che forniscono con i dettagli della banda pan – un processo chiamato pan sharpening-otteniamo qualcosa che è sia colorato e croccante:
Pansharpened Malibu, 15 m (50 ft) per pixel. Notare la trama dell’onda nell’acqua.
Band 9 mostra il minimo, ma è una delle caratteristiche più interessanti di Landsat 8. Copre una fetta molto sottile di lunghezze d’onda: solo 1370 ± 10 nanometri. Pochi strumenti spaziali raccolgono questa parte dello spettro, perché l’atmosfera assorbe quasi tutto. Landsat 8 trasforma questo in un vantaggio. Proprio perché il terreno è appena visibile in questa fascia, tutto ciò che appare chiaramente in esso deve riflettere molto brillantemente e / o essere al di sopra della maggior parte dell’atmosfera. Ecco Band 9 per questa scena:
Banda 9 è solo per le nuvole! Qui sta raccogliendo soffici nubi cumuliformi, ma è progettato appositamente per cirri – alti, esili “equiseti”. I cirri sono un vero mal di testa per l’imaging satellitare perché i loro bordi morbidi li rendono difficili da individuare e un’immagine scattata attraverso di essi può contenere misurazioni che sono spente di pochi punti percentuali senza alcuna spiegazione ovvia. Band 9 li rende facili da spiegare.
Le bande 10 e 11 sono nell’infrarosso termico, o TIR-vedono il calore. Invece di misurare la temperatura dell’aria, come fanno le stazioni meteorologiche, riportano sul terreno stesso, che è spesso molto più caldo.
Uno studio di alcuni anni fa ha trovato alcune temperature superficiali del deserto superiori a 70 °C (159 °F) – abbastanza calde da friggere un uovo. Fortunatamente, Los Angeles è relativamente temperato in questa scena:
Si noti che le macchie molto scure (fredde) corrispondono alle nuvole nella banda 9. Dopo di loro, la vegetazione irrigata è più fresca, seguita da acqua aperta e vegetazione naturale. La cicatrice da ustione vicino a Malibu, che è ricoperta di carbone e fogliame secco e morto, ha una temperatura superficiale molto elevata. All’interno della città, i parchi sono generalmente più cool e quartieri industriali sono più caldi. Non c’è un’isola di calore urbana chiara in questa scena – un effetto che queste bande TIR saranno particolarmente utili per lo studio.
Le bande possono essere combinate in molti modi diversi per rivelare caratteristiche diverse nel paesaggio. Facciamo un’altra immagine a colori falsi usando questa banda TIR per il rosso, una banda SWIR per il verde e la banda verde naturale per il blu (un’immagine 10-7-3):
Le aree urbane e alcuni tipi di terreno sono rosa. Nell’immagine a colori, la vegetazione selvatica è quasi uniformemente olivastra, ma qui vediamo una distinzione tra macchia color pesca, bosco color mogano e così via. Le brezze di raffreddamento a terra appaiono come un leggero gradiente viola lungo la costa della città. Le strisce colorate su entrambi i lati dell’immagine sono aree in cui non tutti i sensori hanno copertura.
Testo per gentile concessione di Charlie Loyd, MapBox. Post originale intitolato Putting Landsat 8’s Bands to Work, pubblicato il 14 giugno 2013.